PENJERNIHAN AIR DENGAN PROSES KOAGULASI DAN FLOKULASI MENGGUNAKAN FERRI SULFAT YUSUF Fakultas Teknik Universitas Dehasen Bengkulu Email :
[email protected]
ABSTRACT Coagulation and flocculation processing are the most essential parts of water treatment. Therefore the increasing effectivity and efficiency in these parts will influence all of processess. In coagulation and flocculation processess use a coagulant, to neutralize colloid surface’s charge for forming floc which could settle fast. This research aim to obtain sedimentation constan value (kd) that is a function of suspended solid’s reynold number (Re). This research use ferric sulphate as coagulant to sermo’s lake water in Kulon Progo. The raw water contents about 320 ppm colloidal and suspended solid. Observed variables were ferric sulphate dose and pH, use beaker glass and magnetic stirrer. The agitation consist of fast agitation (240 rpm) was conducted in 5 minutes and followed by slow agitation (60 rpm) in 10 minutes then the absorbency value was measured using UV/Visible. From this research, those were obtained optimum ferric sulphate dose 100 ppm and optimum pH=9. The data are used to calculate Sedimentation Constant (kd) that constitute Reynold function. The reseach’s result showed that Sedimentation Constant would be greater for larger floc diameter. This is caused for increasing floc diameter would enlarge settling velocity and Reynolds Number (Re). in this research relationship between Theoretics Sedimentation Constant (kdt) and Reynolds Number (Re) was found with correlation coeficient 1,112 and determination coeficient 0,97 Keywords: Natural Frequency, Mode Shape, Accelerometer, Vibration Testing, error.
1.
PENDAHULUAN Air merupakan sumber kehidupan. Kecenderungan konsumsi air naik secara eksponensial, sedangkan ketersediaan air bersih cenderung melambat akibat kerusakan alam dan pencemaran. Sumber air seperti waduk, sungai, danau cukup potensial untuk bahan baku guna mendapatkan air bersih. Untuk keperluan air minum, harus dilakukan pengolahan terlebih dahulu melalui suatu proses pengolahan air (water treatment) supaya memenuhi kriteria air bersih/sehat. Salah satu bagian penting dari proses water treatment adalah proses koagulasi. Proses koagulasi bertujuan agar padatan yang tersuspensi/koloid dalam air tersebut dapat dipisahkan dengan memperbesar diameter partikel tersuspensi. Sedangkan Ukuran padatan tersupensi akan mempengaruhi terhadap proses pemisahannya (O’melia, et.al., 1997) . Pada penelitian ini akan dilakukan penurunan konsentrasi koloid dan suspended solid dalam air menggunakan koagulan feri sulfat sehingga dapat diperoleh air yang jernih. Penelitian ini bertujuan untuk mencari kondisi optimum konsentrasi feri sulfat, pH serta hubungan konstanta pengendapan dan bilangan Reynolds pada proses koagulasi dan flokulasi
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses koagulasi dan flokulasi adalah jenis koagulan, konsentrasi koagulan, pengadukan, pH dan temperatur(Powel, 1954). Salah satu cara pembuatan feri sulfat dengan mengolah limbah besi dengan asam sulfat dilanjutkan dengan oksidasi katalitik memakai katalisator mangaan dioksid (Sulistyo, et. al., 2006). Hasil pemotretan mikroskopik diameter partikel suspensi dari limbah rumah tangga dengan menggunakan feri sulfat berkisar 0-10 mikron (aguailar, et. al.,2003).
2. TINJAUAN PUSTAKA Setiap benda/bagian yang Koagulan
feri sulfat yang ditambahkan ke dalam air akan mengalami hidrolisis mengikuti reaksi (Tchobanoglous, et.al., 2003) Fe2(SO4)3+12H2O2[Fe(H2O)6] 3[SO4]23+ 8[Fe(H2O)6] +20OH 4+ [Fe8(OH)20] (aq)
Teknosia Vol. II, No. 17, Tahun X, September 2016
3+
+
(1)
(2)
52
4+ [Fe8(OH)20] (aq)+4OH +24H2O8 [Fe(OH)3(H2O)3] (3) Jumlah total solid dalam air dapat dinyatakan dengan mengukur absorbansinya menggunakan UV-Vis , mengikuti persamaan (Tchobanoglous,et.al.,2003). Cs = f(A) (4) Konsentrasi solid pada sedimentasi mengikuti persamaan :
proses
Ct ln kd.t Co
(5)
Dan diameter flok yang terbentuk dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan gerakan partikel dalam cairan :
Cd
4s dp 3Vt 2
(6)
Cd = f(Re)
(7)
Persen recovery padatan dalam sampel (X) mengikuti persamaan :
mula akhir X 10% mula 3.
(8)
METODOLOGI
Bahan Bahan – bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah Tanah lempung yang diambil dari daerah sekitar waduk Sermo di Kabupaten Kulonprogo, feri sulfat 98%.
yang telah diukur nilai absorbansinya ditambahkan asam /basa sehingga diperoleh tingkat keasaman atau pH tertentu. Kemudian ditambahkan feri sufat dengan dosis tertentu dan sampel tersebut diaduk dengan pengadukan cepat( 240 rpm) selama 5 menit kemudian diikuti pengadukan lambat (60 rpm) selama 10 menit. Setelah proses di atas selesai sampel tersebut diukur kecepatan settling-nya menggunakan gelas ukur dan nilai abasorbansinya setiap interval waktu 15 menit. Percobaan dilakukan berulang-ulang untuk variasi konsentrasi feri sulfat, dan pH tertentu setelah sebelumnya dilakukan optimasi. Data konsetrasi solid dalam cairan diperoleh dari analisis menggunakan spectrometer UV/Visible. Sebelumnya dibuat terlebih dahulu kurva standar antara konsetrasi padatan dalam cairan dengan absorbansi. Konsetrasi padatan dalam cairan dapat dihitung dengan bantuan kurva standar. Nilai kd dan diameter flok dihitung menggunakan persamaan (5) dan (6), kemudian dicari hubungan antara konstanta pengendapan (kd) dan bilangan Reynolds (Re) yang diperoleh dari hasil perhitungan. 4.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Absorbansi dilakukan menggunakan panjang gelombang 385 nm hasil standarisasi panjang gelombang. Setelah dilakukan optimasi untuk sampel air waduk Sermo, diperoleh dosis feri sulfat dan pH optimum seperti terlihat pada gambar 1. Peningkatan absorbansi pada gambar 1(A) setelah dosis 100 ppm dikarenakan feri sulfat yang ditambahkan telah berlebihan , hal ini ditunjukkan oleh warna cairan yang berubah menjadi kekuningkuningan sesuai dengan warna feri sulfat bila terlarut didalam air.
Percobaan Gambar rangkaian alat utama yang digunakan dalam penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1 Rangkaian alat untuk pengadukan sampel Sampel campuran aquades dan tanah lempung
Teknosia Vol. II, No. 17, Tahun X, September 2016
53
Penentuan nilai kd sesuai persamaan (5) dimana data-data absobansi yang diubah menjadi konsentrasi padatan dalam sampel dengan menggunakan kurva standar, sebagai fungsi waktu, dan dosis feri sulfat yang ditinjau 25100 ppm sesuai dengan hasil optimasi. Nilai kd yang diperoleh dapat dilihat pada Gambar 3. Gambar 2 Grafik optimasi dosis feri sulfat dan pH setelah 60 menit Peningkatan absorbansi pada gambar 1(A) setelah dosis 100 ppm dikarenakan feri sulfat yang ditambahkan telah berlebihan , hal ini ditunjukkan oleh warna cairan yang berubah menjadi kekuning-kuningan sesuai dengan warna feri sulfat bila terlarut didalam air. Dari gambar 1(B) diperoleh konsetrasi padatan sampel minimum pada pH 8-9 atau kondisi basa. Hal ini sesuai dengan persamaan reaksi (1) sampai (3) dimana untuk membentuk polynuclear diperlukan ion-ion OH sehingga semakin banyak polynuclear terbentuk semakin banyak padatan dalam cairan yang mengalami aglomerasi (penggumpalan menjadi flok yang lebih besar). Diperoleh kondisi optimum proses koagulasi dan flokulasi air waduk Sermo untuk dosis feri sulfat dan pH adalah masingmasing sebesar 100 ppm dan pH 8-9. Jika konsentrasi air waduk Sermo(sampel) tidak konstan atau berfluktuatif tergantung dengan musim maka jumlah feri sulfat yang ditambahkan berbeda-beda. Sebelum dilakukan proses koagulasi dan flokulasi, sampel diukur absorbansinya dan dapat ditentukan jumlah feri sulfat supaya prosesnya optimal, seperti terlihat pada Gambar 2.
Gambar 4 Hubungan konsentrasi padatan dalam sampel dengan waktu pada berbagai dosis feri sulfat (pH=9) Nilai kd yang diperoleh dari regresi diatas atau disebut nilai konstanta pengendapan aktual, diplot dengan bilangan Reynolds (Re) sehingga diperoleh hubungan konstanta pengendapan sebagai fungsi bilangan Reynolds(Re) seperti dibawah ini:
Gambar 5 Hubungan konstanta pengendapan (kd) dengan bilangan reynolds (Re) Konstanta pengendapan pada persamaan yang kita peroleh dari grafik diatas disebut konstanta pengendapan teoritis (kdt)
Gambar 3 Hubungan antara nilai absorbansi sampel dengan konsentrasi feri sulfat optimum
Teknosia Vol. II, No. 17, Tahun X, September 2016
54
dengan koefisien korelasi = 1,112 dan koefisien determinasi = 0, 987
Gambar 6 Hubungan diameter flok pada berbagai konsentrasi feri sulfat Diameter flok dapat diperoleh dari persamaan gerak partikel dalam fluida (lihat persamaan 7). Nilai kd optimum diperoleh pada dosis feri sulfat 100 ppm yaitu sebesar 3,156/jam dimana menunjukkan kecepatan penurunan konsentrasi padatan dalam sampel paling cepat. Diameter flok yang diperoleh dari hasil perhitungan berkisar 3,5 6,2 mikron dimana nilai bilangan Reynolds lebih kecil dari 1 atau alirannya laminar sehingga mengikuti persamaan hukum stokes. Persamaan yang menghubungkan antara konstanta pengendapan teoritis dan bilangan Reynold pada penelitian ini diperoleh : 0,3735 kdt= 51,98 Re (9) -1 dengan satuan kdt adalah jam . Sedangkan hubungan konstanta pengendapan aktual(kd) dan konstanta pengendapan teoritis(kdt) dapat dilihat pada grafik berikut :
Persamaan (9) d a n ( 1 0 ) dapat digunakan untuk menghitung nilai konstantan pengendapan untuk diameter flok dan sifat fisis yang berbeda pada koagulasi dan flokulasi menggunakan feri sulfat. Pada gambar 5. terlihat bahwa diameter flok yang dihasilkan dalam proses koagulasi dan flokulasi tergantung dari konsentrasi feri sulfat yang ditambahkan, dengan makin makin banyak feri sulfat yang ditambahkan diameter flok yang terbentuk makin besar sehingga dapat mempercepat proses sedimentasi dan meningkatkan nilai konstanta pengendapan. Apabila terdapat sampel yang ingin dijernihkan maka penelitian ini dapat diaplikasikan dengan langkah pertama adalah penentuan dosis feri sulfat optimum dengan mengukur absorbansi sampel dan menggunakan grafik pada gambar 2 diperoleh dosis feri sulfat yang harus ditambahkan. Kemudian menggunakan grafik pada gambar 5 akan diperoleh nilai diameter flok yang terbentuk, dengan adanya data-data sifat fisis cairan sampel maka dapat dihitung nilai bilangan Reynolds padatan tersuspensi dalam sampel. Menggunakan persamaan (5) dapat diperoleh nilai konstanta pengendapan (kd). Nilai kd ini sangat berguna sekali dalam perancangan tangki kogulasi/flokulasisedimentasi, khususnya untuk penentuan waktu tinggal cairan dalam tangki yang paling optimum atau sesuai dengan hasil proses yang kita inginkan (persen recovery). Ketepatan dan ketelitian dalam perancangan ini dapat memperbesar kapasitas proses koagulasi dan flokulasi dan secara ekonomis akan lebih menguntungkan. 5.
Gambar 7 Hubungan konstanta pengendapan aktual (kd) dan teoritis (kdt) Dari grafik diatas diperoleh korelasi antara konstanta pengendapan aktual dan teoritis memenuhi persamaan kd = 1,112 kdt (10)
Teknosia Vol. II, No. 17, Tahun X, September 2016
Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan pada proses koagulasi dan flokulasi sampel air waduk sremo, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Kondisi optimum pada penelitian proses koagulasi dan flokulasi air waduk sremo kulon progo adalah dosis feri sulfat sebesar 100 ppm dan pH=9. 2. Feri sulfat merupakan koagulan yang sangat baik dengan penurunan suspendes solid sebesar 94,07%. 3. Hubungan konstanta pengendapan teoritis (kdt) dan bilangan Reynolds untuk proses koagulasi dan flokulasi menggunakan feri 0,3735 sulfat adalah kdt = 51,98 Re
55
4.
Hubungan konstanta pengendapan aktual (kd) dengan konstanta pengendapan teoritis (kdt) pada koagulasi dan flokusasi menggunakan feri sulfat adalah kd = 1,112 kdt dengan koefisien korelasi = 1,112 dan koefisien determinasi = 0, 987
Refference [1]. Aguilar, M.I., Saez, J., Lioren, M., Soler, A., Ortuno, J.F., 2003,”Microscopic Observation of Particle Reduction in Slaughterhouse Wastewater by Coagulation Flocculation Using Ferric Sulphate as Coagulant and different Coagulant Aids ”, Water Res. 37,2233-2241 [2]. O’Melia, C.R., Hahn, M.W., Chen, C.T., 1997,”Some Effects of Particle Size in Separation Processes Involving Colloids”, Water Sci. Tecl., 36 (4), 119 -126. [3]. Powel,S.T., V.V., 1951,”Water Conditioning For Industry”, pp.124-126 Inc., McGraw Hiil Book Company [4]. Sulistyo, H., Rahayu, S.S., Sediawan, W.B., Sarto, 2006,” Pengolahan Limbah Besi Menjadi Bahan Flokulan dan Besi Spon”, Laporan Penelitian Hibah Bersaing XIII, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. [5]. Tchobanoglous, G., Burton, F.L., Stensel, th
H.D., 2003, Wastewater Engineering, 4 ed., pp. 343 - 383 ,pp. 854-896 , Metcalf & Eddy, Inc., McGraw Hiil.
Teknosia Vol. II, No. 17, Tahun X, September 2016
56
